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4.6 模拟-数字接口

4.6.1 模数转换

如前所述，可以通过对信号进行采样和量化来将连续时间模拟信号转换为数字等效信号，与这些操作相关的关键参数是采样率和量化器中使用的量化位数。

由于实际设计中，理想滤波器无法实现，因此可以使抗混叠滤波器在奈奎斯特区1的上限以下截止，其效果是丢失了一些感兴趣的频率分量；也可以使过渡带稍微延伸到奈奎斯特区2，这意味着可能会出现某种程度的混叠。上述突出的问题可以通过ADC处的过采样来解决，即，根据奈奎斯特采样定理，以比其必要的更高的速率进行采样。因此，可以使用更宽松的模拟抗混叠滤波器，其实现成本更低。任何混叠分量都不会影响感兴趣的频带，并且可以在ADC之后使用数字滤波器去除。这两种不同方法之间的比较如图4.26所示。

过采样方法的一个可能的缺点是，在数字域的输入处采样率高于所需的采样率，这意味着后续处理阶段的计算负载更高。通过在ADC之后不久使用多速率滤波器来降低采样率，使得以更接近奈奎斯特速率的速率对信号进行采样，可以容易地解决该问题。

4.6.2 数模转换

传统的数模转换过程包括从离散样本和振幅再生连续时间信号，这通常是使用零阶保持技术来完成的，该技术会产生如图4.27所示的“阶跃”信号。

DAC输出的信号，包括感兴趣的信号以及图像频谱，遵循矩形滤波器响应的正弦形状，如图4.27所示。DAC响应的轮廓意味着光谱图像仅被部分衰减，留下具有显著能量的残余，需要通过模拟重建滤波器进一步衰减。这起到衰减奈奎斯特区上部存在的重要频率分量的作用，并在这样做的过程中平滑时域信号，以产生更直观的“模拟”波形。这种重建滤波器的应用可能会使感兴趣的信号带失真。过采样技术可以一定程度上解决这些问题，此外，也可以在DAC之前，在数字域中引入反向sinc滤波器校正其sinc形响应。

4.6.3 更高奈奎斯特区

RFSoC设备中的一个重要创新是RF-ADC和RF-DAC能够在上部奈奎斯特区外操作。在ADC或DAC工作在更高奈奎斯特区的情况下，本节中讨论的模拟滤波器不应再是低通滤波器，而是必须设计为针对所需频率范围的带通滤波器。

4.7 多速率操作

4.7.1 多速率处理的动机

多速率处理通常用于保持大于奈奎斯特速率的采样率，定义如下

在信号带宽发生变化的情况下，可能希望使用多速率技术来增加或减少采样率，从而保持采样率和信号带宽之间的类似关系。应用的示例包括：匹配将被组合的两个信号路径的采样率、信号带宽变化时调整采样率、匹配外部接口的采样率、简化模拟抗混叠或图像抑制滤波器的要求。

4.7.2 过采样ADC和DAC

以模数转换为例，如果信号占用0 MHz和480 MHz之间的频率，并且ADC在1 GHz的采样频率下工作，则520 MHz和1 GHz之间的频带将别名为感兴趣的频带，如图4.28的上部所示。因此，需要一个具有非常紧密过渡带（在480MHz和520MHz之间截止）的模拟抗混叠滤波器——这样的滤波器设计可能很难实现，而且成本很高。

作为一种替代方案，采用2 GHz的ADC采样率将允许更宽松的模拟抗锯齿滤波器响应，如图4.28的下半部分所示。可以在ADC之后引入多速率操作（抽取2），以将采样率降低到1 GHz，并以数字方式执行抗混叠任务的剩余部分。

在DAC，类似的原理适用于过采样和模拟滤波要求。在DAC处引入过采样可用于减少对模拟图像抑制滤波器的要求。较高的采样率是通过DAC之前的插值来实现的